CN103465641B - 一种面成型3d打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面成型3D打印设备，其特征在于，包括：盛液箱，用于盛放液态的光固化材料；加工平台，具有位于所述盛液箱中的工作位，是产品的成型支持平台；驱动机构，用于驱动所述加工平台在所述盛液箱中上下移动；投影设备，其投影镜头位于所述加工平台的上方，用于向所述加工平台投射投影图像。与现有技术相比，具有以下优点：1）无需采用复杂的控制机电系统，可大幅的降低设备成本；2）由于是通过投影面成型进行打印，因此，相对于逐点打印的方式具有更高的效率，本发明打印同一产品所需的时间仅为普通3D打印机的20%；3）由于产品是逐层成型，其精度由投影图像决定，因而可轻易实现误差在0.01mm范围内的高精度打印。

Description

一种面成型3D打印设备

技术领域

本发明涉及叠层制造技术，尤其是涉及一种面成型3D打印设备。

背景技术

3D打印（3D Printing）最早由美国麻省理工学院的Jim Bred和Tim Anderson提出，他们基于一台普通的喷墨打印机设计出一台可粘接粉末的设备，该设备也成为最早的3D打印机。2009年3月在美国华盛顿举行的叠层制造发展研讨会（Roadmap for Additive Manufacturing (RAM) Workshop）上，正式确定使用叠层制造（Additive Manufacturing, 缩略词为AM）一词来称呼3D打印技术，并就未来10年快速成型技术的发展做出了规划。目前主要的叠层制造技术包括选择性激光烧结技术（Selective laser sintering，缩略词为SLS ），立体光刻成型技术（Stereolithography, SLA）,熔融沉积成型技术（Fused Deposition Modeling, 缩略词为FDM）等。选择性激光烧结技术使用高能量激光束对各种粉末材料进行烧结，所选用的粉末材料包括塑料、金属、陶瓷、玻璃等。立体光刻成型技术采用具有一定光强的激光束照射液态光敏树脂，树脂在光照下迅速固化形成所需形状。目前国际上美国的3D system公司在该领域具有较强的研发实力。熔融沉积成型技术则是通过喷头挤压被加热熔化后的热塑材料成型，该技术由美国的Stratasys公司发明，其在该领域具有较大的市场优势。另外，因为FDM具有成本低的优势，目前国内市场上的3D成型设备以该技术为主。叠层制造技术（AM）在美欧已广泛应用于汽车、家用电器、计算机、航空航天、医学、建筑、科研等领域。AM技术已发展形成一个新产业，统计资料表明，近三年来，AM的市场营销以59%速度递增。

但是，目前快速成型技术的关键设备的引进价格昂贵，设备维修价格高、响应慢的缺点。而低价格设备的制作精度则非常不理想，例如：1500美元左右的设备，其精度大概是0.25mm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对前述现有技术的缺陷，提供一种高精度、低成本、成型速度快的面成型3D打印设备。

本发明通过下述技术手段解决前述技术问题：

一种面成型3D打印设备，包括：

盛液箱，用于盛放液态的光固化材料；

加工平台，具有位于所述盛液箱中的工作位，是产品的成型支持平台；

驱动机构，用于驱动所述加工平台在所述盛液箱中上下移动；

投影设备，其投影镜头位于所述加工平台的上方，用于向所述加工平台投射投影图像。

优选地：

还包括用于固定所述盛液箱、加工平台、驱动机构和投影设备的机架；所述机架包括底座、顶部控制箱、以及将所述顶部控制箱固定于所述底座上的固定部件；所述盛液箱安装在所述底座上；所述投影设备安装在所述顶部控制箱中。

所述驱动机构包括驱动电机、加工平台连接件、运动轨迹控制部件以及滑块；所述运动轨迹控制部件具有供所述滑块上下移动的运动轨迹；所述驱动电机与所述滑块连接用于驱动所述滑块上下移动；所述加工平台连接件的第一端与所述加工平台连接、第二端与所述滑块连接。

所述运动轨迹控制部件为滚珠丝杠，所述滑块为与所述滚珠丝杠匹配的滚珠丝杠滑块；或者所述运动轨迹控制部件为滑轨，所述滑块为与该滑轨匹配的滑块。

还包括控制单元；所述控制单元分别与所述驱动机构、所述投影设备连接，用于控制所述驱动机构及所述投影设备的工作。

所述控制单元包括处理器、显示器、输入设备和数据接口；所述显示器、输入设备和数据接口均与所述处理器连接，所述处理器还与所述驱动机构及所述投影设备连接。

所述显示器为触控显示器，所述输入设备为所述触控显示器的触控电路。

本发明基于图像投影进行立体快速成型，通过投影图像由下而上地以“面”为单位进行叠层，与现有技术通过机电控制喷头进行逐点打印的方式相比，具有以下优点：1）无需采用复杂的控制机电系统，可大幅的降低设备成本；2）由于是通过投影面成型进行打印，因此，相对于逐点打印的方式具有更高的效率，本发明打印同一产品所需的时间仅为普通3D打印机的20%；3）由于产品是逐层成型，其精度由投影图像决定，因而可轻易实现误差在0.01mm范围内的高精度打印。

附图说明

图1是本发明具体实施例的面成型3D打印设备的结构示意图；

图2是图1中的弓形板的结构示意图；

图3是图1的面成型3D打印设备的电路控制框图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

一种面成型3D打印设备，主要包括盛液箱100、加工平台200、驱动机构300和投影设备400组成。盛液箱100盛放制备产品的液态的光固化材料，例如光敏树脂；加工平台200是产品的成型支持平台，其具有位于盛液箱中的工作位；驱动机构用于驱动加工平台200在盛液箱中上下移动；投影设备400的投影镜头位于加工平台的上方，用于向加工平台200投射投影图像。打印时，在盛液箱100中盛装合适量的液态的光固化材料，然后可通过人工或智能控制设备控制进行下述打印步骤：加工平台首先位于盛液箱100的上部，加工平台上表面距离液态材料液面的距离为单层打印的厚度，然后投影设备向加工平台投射欲打印产品的第一层投影图像，加工平台上表面的液态光固化材料在投影光线的照射下固化成型形成产品的第一层结构；然后加工平台在驱动机构的驱动下向下移动单层打印厚度的距离，投影设备向加工平台投射第二层投影图像进行第二层结构的打印，如此依次打印直至产品打印完成；打印完成后，将加工平台上升至盛液箱上方，取出产品即可。前述单层打印的厚度可由本领域技术人员根据产品结构、精度需求、光固化材料的性质进行选择。

如图1所示，作为优选的实施例，其还包括用于固定前述各个部件的机架，该机架主要由底座501、顶部控制箱502和作为将顶部控制箱502固定于底座501上的固定部件的立柱503。盛液箱100安装在底座501上；而投影设备400则安装在顶部控制箱502中，顶部控制箱502底部开设有供投影设备400的投影镜头投射投影图像的孔。

驱动机构的功能在于驱动加工平台200在盛液箱中上下移动，本领域技术人员可采用现有的技术方案予以实现。作为优选方案，本实施例的驱动机构包括驱动电机301、用于联动加工平台与驱动电机301的加工平台连接件302、运动轨迹控制部件（图中未示出）及滑块（图中未示出）。运动轨迹控制部件的作用在于运动导向，其具有供滑块上下移动的运动轨迹，该运动轨迹可通过滚柱丝杆、滑轨、滑槽等方式实现；对应的，滑块是用于与运动轨迹控制部件配合的部件，其与驱动电机连接在驱动电机的驱动下沿运动轨迹控制部件的运动轨迹上下运动，滑块还与加工平台连接件302的第一端固定连接，而加工平台连接件302的第二端则与加工平台200连接，从而使得加工平台200能够在驱动电机的驱动下上下移动。如图1所示，本实施例的固定部件采用立柱的形式，立柱503的下端固定在底座501上，上端用于固定顶部控制箱502；同时，立柱503采用中空结构，其中空的内部可用于安装驱动电机、走线槽，同时还可用于安装作为运动轨迹控制部件的滚珠丝杆。显然，本实施例采用的立柱形式的固定部件具有结构简洁的优点，但是本发明并不局限于该方案。

如图2所示，本实施例的加工平台连接件302为一个弓形板，其由一个板材经三次折弯形成，板材底部折弯形成用于支撑固定加工平台200的支撑部3021，板材上部折弯形成延伸至立柱503内的横向连接部3022，横向连接部3022的端部再向下或向上折弯形成用于与滑块固定的滑块固定部3023。本领域技术人员显然还能够通过其他的形式的加工平台连接件302实现加工平台与滑块的连接，本发明也不限于前述的具体方案，但是相对于现有技术可采用的连接方式，前述弓形板的设计具有下述的优势：1）该弓形板可紧贴盛液箱侧壁设置，可避免阻挡投影光线；2）该弓形板同时设置有与加工平台200表面平行的支撑部3021和与滑块侧壁平行的滑块固定部3023，因而，即使采用很薄的板材，安装也非常方便、牢靠，避免采用较厚板材在上下移动过程中对盛液箱中液面造成影响。

如图3所示，在一种优选的方案中，可设置控制单元600作为设备的智能控制中心，用于控制驱动机构和投影设备的工作，控制单元分别与驱动机构、投影设备连接。本优选实施例的控制单元还包括处理器601、显示器602、输入设备和数据接口603，其中可采用触控显示器作为显示器，而输入设备则可直接采用触控显示器集成有的触控电路；数据接口与处理器连接，数据结构用于与外部设备（例如计算机）连接，接收外部输入的产品投影图像数据，然后由处理器传送给投影设备进行投影；输入设备作为操作面板用于接收用户的控制指令，例如：开始打印、结束打印等操作。需要说明的是，图3所示的控制单元仅仅是一种优选方案，而并非本发明的3D打印设备的唯一控制方法，例如：本发明的3D打印设备的智能控制也能够借助外部智能设备（例如PC、平板电脑、智能手机）进行控制的方案实现。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种面成型3D打印设备，其特征在于，包括：

盛液箱，用于盛放液态的光固化材料；

加工平台，具有位于所述盛液箱中的工作位，是产品的成型支持平台；

驱动机构，用于驱动所述加工平台在所述盛液箱中上下移动；

投影设备，其投影镜头位于所述加工平台的上方，用于向所述加工平台投射投影图像；

所述驱动机构包括驱动电机、加工平台连接件、运动轨迹控制部件以及滑块；

所述运动轨迹控制部件具有供所述滑块上下移动的运动轨迹；

所述驱动电机与所述滑块连接用于驱动所述滑块上下移动；

所述加工平台连接件(302)包括一个弓形板，该弓形板由一个板材经三次折弯形成，所述板材底部折弯形成用于支撑固定所述加工平台的支撑部(3021)，所述板材上部折弯形成向所述滑块延伸的横向连接部(3022)，所述横向连接部(3022)的端部再向下或向上折弯形成用于与所述滑块固定的滑块固定部(3023)。

2.根据权利要求1所述的面成型3D打印设备，其特征在于，还包括用于固定所述盛液箱、加工平台、驱动机构和投影设备的机架；

所述机架包括底座、顶部控制箱、以及将所述顶部控制箱固定于所述底座上的固定部件；

所述盛液箱安装在所述底座上；

所述投影设备安装在所述顶部控制箱中。

3.根据权利要求1所述的面成型3D打印设备，其特征在于：

所述运动轨迹控制部件为滚珠丝杠，所述滑块为与所述滚珠丝杠匹配的滚珠丝杠滑块；

或者所述运动轨迹控制部件为滑轨，所述滑块为与该滑轨匹配的滑块。

4.根据权利要求1或2所述的面成型3D打印设备，其特征在于：

还包括控制单元；

所述控制单元分别与所述驱动机构、所述投影设备连接，用于控制所述驱动机构及所述投影设备的工作。

5.根据权利要求4所述的面成型3D打印设备，其特征在于：

所述控制单元包括处理器、显示器、输入设备和数据接口；

所述显示器、输入设备和数据接口均与所述处理器连接，所述处理器还与所述驱动机构及所述投影设备连接。

6.根据权利要求5所述的面成型3D打印设备，其特征在于：所述显示器为触控显示器，所述输入设备为所述触控显示器的触控电路。